齿轮传动是各种机械设备中应用最为广泛的动力和运动传递形式，其动态特性对齿轮装置乃至整个机械系统有着至关重要的影响。随着机械工业的飞速发展，齿轮装置正朝着大功率、高转速、低噪声、轻量化方向发展，减振降噪已成为高速重载齿轮系统备受关注的问题。本文以船用齿轮箱为研究对象，运用齿轮啮合原理、非线性动力学理论及优化设计方法，开展复杂激励下高速重载齿轮系统动态特性分析及动力性能优化研究，对于齿轮箱的低噪声、轻量化设计具有十分重要的理论意义和应用前景。论文课题来源于国家自然科学基金项目，主要研究工作如下：①考虑时变啮合刚度、啮合阻尼、轮齿综合误差、齿侧间隙、齿面摩擦等因素，建立了复杂激励下船用齿轮箱传动系统非线性耦合动力学集中参数模型，采用Runge-Kutta法对量纲一化后的动力学方程进行数值仿真，分析其时间历程曲线、频谱图、相轨迹、庞加莱截面、分岔图以及动载荷系数曲线，研究了不同参数对系统非线性动力学特性的影响。②模拟了包括齿轮刚度激励、误差激励及啮合冲击激励在内的船用齿轮箱多级齿轮副内部动态激励，借助ANSYS/APDL语言，建立了船用齿轮箱参数化动力有限元分析模型，采用分块Lanczos法对齿轮箱进行模态分析，利用完全法对齿轮系统进行动态响应仿真，得出了齿轮箱的固有频率、固有振型以及振动位移、振动速度、振动加速度响应。③结合多目标优化设计理论，提出了同时考虑模态参数和动态响应参数的齿轮箱动力性能优化方法。以齿轮箱表面评价点的振动加速度均方根值最小、系统固有频率避开激振频率为目标，借助ANSYS软件，建立了基于线性加权的齿轮箱多目标优化模型；通过零阶优化求解，得出动力优化后齿轮箱表面评价点的振动加速度均方根值减小了16%，箱体静强度和刚度分别提高了39%和53%，齿轮箱动力优化效果良好。